楼宇设备工程中的结构声源的简化描述

自由速度矢量和导纳矩阵是对结构噪声源的完整描述,但由于包含太多的元素,缺乏实用性,需要进行简化。本文以特征值理论为基础,针对楼宇设备工程中具有较普遍的大导纳源安装到小导纳支撑结构的特点,进行简化描述问题的研究。结果表明,进入到支撑结构的功率可近似的表示成支撑结构平均点导纳实部与独立支撑结构的机器各点的阻塞力的平方和的乘积,从而把描述结构噪声源包含过多的元素收缩成为一个参数。     

引入广义归一化函数带概念研究结构声源的描述

导纳矩阵方法完整精确描述结构声源,但因包含过多元素缺乏实用性。通过引入广义归一化函数带的概念,提出把完整描述结构声源的大量物理量收缩为一对物理量来对声源简化描述。并利用计算机构造虚拟结构的方法获得与平方总力、两种特征功率对应的三条广义归一化函数带。结果表明在源导纳远大于支撑结构导纳的场合平方总力描述声源好过用特征功率和平均点导纳大小一对量描述声源,而在源导纳与支撑结构导纳可比拟的场合,用特征功率和平均点导纳大小这对量远好过平方总力和平均点导纳大小这对量描述声源。工程上可按照精度上的不同要求,对照广义归一化功率带的宽度,做出接受或放弃这种简化方式。     

二端连续元件动力学特性的矩阵描述法

在元件坐标系下,分别推导了简谐激励下横向振动的欧拉—伯努利梁和纵向振动的杆的输入端状态向量及输出端状态向量与微分方程的解的关系。在状态向量正方向的定义相同时,给出了向前传递矩阵、向后传递矩阵、阻抗矩阵和导纳矩阵的解析公式,研究了四种矩阵的特性。结合欧拉梁和杆的相关公式,得到了一般二维梁的传递矩阵和广义阻抗矩阵的解析公式。数值算例表明：在激励频率较低时,本文方法与有限元法的结果基本相同。最后,讨论了动力学中的矩阵描述法（阻抗矩阵法、导纳矩阵法和传递矩阵法）与静力学中的矩阵描述法（位移法、力法和混合法）的对应关系。矩阵描述法有利于利用计算机编程计算动力学问题,文中推导的公式可用于连续系统的动力学分析,计算工作量不大且精度较高。     

旋转机械故障诊断的图形识别方法研究

以旋转机械振动三维参数图形为研究对象,提出了基于图形识别技术的旋转机械故障诊断方法。该方法用表征纹理的统计法、结构法及图形纹理方向的梯度法形成描述图形纹理特征的灰度-梯度-基元三维共生矩阵。该矩阵精确地反映了图形纹理的粗糙程度、重复方向和空间复杂度及纹理方向,准确地描述了图形灰度空间分布特性(概率)、空间统计相关性和图形内各像素点梯度的分布规律。描述了灰度统计和空间结构的纹理特征,有效地提取旋转机械状态参数图形中纹理特征信息。最后,利用RBF人工神经网络实现旋转机械故障诊断。在汽轮机转子试验台上进行了6种状态试验研究,诊断结果表明该方法具有较高的诊断准确率,为旋转机械故障诊断探索了一条新路。     

板壳结构振动功率流的子结构线导纳法研究

采用子结构点导纳方法分析铺壳耦合结构振动特性时,需要将衔接线划分为一系列的点进行求解,较为烦琐.针对这一问题,该文提出了改进的子结构线导纳方法.首先建立了铺板和圆柱壳的耦合振动模型;然后采用模态展开法分别求解铺板和圆柱壳的机械线导纳,得到振动传递方程中的线导纳矩阵;最后求解耦合振动方程分析铺板与圆柱壳的振动功率流特性.将结果分别与ANSYS 和AutoSEA 的计算结果进行对比分析表明:该文提出的改进方法能够在宽频带内有效地计算板壳耦合结构的振动功率流特性,且求解过程简单,适于线衔接复杂结构的振动特性分析.     

矩形断面抖振力展向相关性的试验研究

为了研究紊流作用下钝体的非定常气动力(抖振力),以矩形断面为例,通过测压试验研究不同紊流积分尺度下的非定常气动力的分布特性,并结合理论分析方法研究了现有导纳识别方法的缺陷,进而提出基于三维统计理论的两波数三维导纳初步识别方法。结果表明:对于矩形这类钝体断面,其在紊流下的抖振力特性与流线型箱梁(桥梁主梁)接近,即抖振力的相关性高于脉动风速的相关性,且与紊流积分尺度成正比。另外,理论分析结果与实测数据间存在较大的差异,进一步表明传统的二维导纳函数无法反映真实的非定常气动力展向分布情况,而两波数的三维导纳则可揭示展向不同尺度漩涡都对抖振力的贡献。     

动力吸振器优化设计的功率流控制策略

针对附加动力吸振器的振动系统,利用结构导纳理论,引入附加动力吸振器后振动系统的等价结构导纳和修正导纳矩阵,推导了系统的功率流,揭示了系统功率流的传递特性和动力吸振器的控制机理,并提出了以功率流为控制量进行动力吸振器优化设计的方法。     

密集模态结构模态跃迁分析的简化摄动法

大跨空间结构的模态具有密集、低频的特性。结构在风作用下会产生非常复杂的动力学现象,模态跃迁就是其中的一种。以往对该类结构模态跃迁特性的研究几乎为一片空白。矩阵摄动分析法是研究变参数结构模态特性的重要方法,在已有矩阵摄动法基础上,该文提出分析密集低频结构模态跃迁现象的简化摄动法。阐述模态跃迁的机理,并加以证明。算例结果表明:简化摄动法用于密集低频结构模态跃迁的分析是有效、可行的,且简化了移位密集特征值摄动法的计算过程。     

面导纳及其振动特性

本文研究反映结构之间接触表面上能量传递情况的面导纳及其振动特性。讨论了均布力和均布速度激励状态下矩形面导纳的计算方法，分析了受接触面积的大小和形状以及激励频率影响下的面导纳的动态特性及其与传统的点导纳的区别，提出了减少结构间接触面积上振动能量传递、提高隔振效果的有效方法。     

复杂耦合系统的统计能量分析及其应用

文章综合导纳分析法、经典统计能量分析方法和经典功率流理论的各自优点，提出适合复杂耦合系统的统计能量分析方法，为研究实际机械结构之间的振动传递规律、复杂机械系统的声辐射特性提供理论依据，为实际工程结构的振动隔离、噪声治理提供理论指导。文章首次提出统计能量分析参数必须统一定义，将影响实际机械结构相互之间能量传递的若干要素各自分离，并引入相应的参数分别开展研究。利用理论研究的成果，发展后的统计能量分析首次应用于水下航行器振动和噪声特性分析，预报了水下航行器的振动传递规律和辐射噪声级。理论分析与实验测试结果符合较     

交叉层波束形成方法的发动机噪声源识别

发动机噪声源分布复杂,来源多,用人耳很难分辨,利用传声器阵列的噪声源识别技术可以为发动机噪声控制提供客观依据和指导。使用波束形成声源识别方法,对位于不同平面的多个声源进行了仿真识别,并研究了多维声源识别方法,使用交叉层法得到了声源定位的立体结果。结果显示,交叉层法可以有效消减或去除来自识别表面之外的声源在识别表面的虚假投影。最后,针对某发动机产品,使用平面传声器阵列对其上、前、左、右四个面分别进行一次变转速工况时域声压信号采集,使用互谱矩阵波束形成算法,得到各转速下发动机各表面的声源分布图像,并通过交叉层法得到了发动机表面声源的立体分布,准确将声源定位至发动机表面各部件。     

基于近场声全息的滚动轴承故障诊断

滚动轴承在工业生产中起着关键作用，对其进行故障诊断研究具有重要意义。目前轴承诊断主要以振动信号分析为基础，而获取振动信号受接触式测量限制，声学故障诊断（ABD）具有非接触式测量的优点，但传统基于单通道的ABD存在测点选择难与局部诊断的不足。联合近场声全息（NAH）和灰度—梯度共生矩阵（GLGCM）并应用于滚动轴承故障诊断，利用NAH重建各轴承运行状态下的声场，得到声源附近重建面处的声像图，再从声像图中提取GLGCM特征，建立声场特性与轴承运行状态的内在联系，结合支持向量机模式分类，实现轴承故障诊断，实验研究证实方法的可行性与有效性。     

利用广义归一化函数带预测结构声功率

预测结构声源进入到支撑结构功率的精确公式包含机器在安装点的导纳矩阵、自由速度、以及支撑结构在安装点的导纳矩阵,缺乏实用性。利用广义归一化函数带获得机器透过安装点传入支撑结构功率的近似预测公式。近似预测公式涉及一对源物理参数和一个等效支撑结构导纳。文章以两个典型实际机器安装到无限大“水泥板”和有限大“水泥板”为例进行了结构声功率的预测。结果表明,近似预测的误差程度与利用计算机构造虚拟结构的方法获得广义归一化函数带的宽度相吻合。研究的结果为利用计算机构造虚拟结构研究结构声的方法提供了强大的例证。     

旋转点声源声场的数值仿真计算

旋转声源辐射声场的计算是利用点源模型预测风扇离散噪声的关键所在,对叶片式机械气动噪声的研究具有重要参考价值.提供了在任意边界条件下计算旋转点声源辐射卢场的数值仿真计算方法.将连续的旋转声源离散化,处理为分布于旋转轨迹上的有限个固定点声源.利用离散化处理后的声源,通过边界元法分别计算旋转单极子和旋转点力源的辐射声场.在自由空间内的计算结果与理论解进行了对比验证,得到较为理想的结果:另外进行了有限长圆管内旋转点声源辐射声场的数值计算,由此对不同长度圆管的结果进行对比,分析了管道长度对声场分布以及指向性的影响规律.     

基于最优收缩的传声器阵列部分相干噪声去噪方法

传声器阵列信号的去噪问题对波束形成方法具有重大意义。在复杂干扰环境下,背景噪声的分布不再满足传统的互不相干假设,而更趋近于部分相干。文章研究了空间噪声的分布机理和部分相干噪声理论,并提出了一种在已知声源个数下的传声器阵列部分相干噪声的去噪方法：通过声源噪声的低秩假设以及部分相干噪声的稀疏假设,基于最优收缩方法（Opt-Shrink）迭代提取传声器阵列互谱矩阵的低秩部分,实现去噪的目的。通过仿真,验证了该方法在相干通道数为10和25时,可以获得明显的成像结果;而传统针对不相干噪声去噪的对角线移除方法（DiagonalRemoval,DR）在相干通道数较多时,声源定位结果较差。在强干扰低信噪比的声源定位实验中,该方法相对于对角线移除方法可以得到更好的去噪效果。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

Numerical calculations of acoustic emission

Two computer programs which solve the partial differential equations for sound propagation numerically are applied to the study of problems in acoustic emission. The programs use finite difference and finite element techniques to calculate sound fields due to distributions of sources in complex geometries in two dimensions. The potential to handle more complex geometries and to model more realistic sources is the main advantage of these numerical calculations over the analytic calculations. The main disadvantage of the numerical techniques is the cost of obtaining results since a large main frame computer or supercomputer is required. Both numerical methods are found to agree well with analytic calculations using Green's functions. The finite difference method agrees very well with the analytic calculations but, in its current implementation, is much slower and contains more numerical noise compared to the finite element method. The finite element method has the additional advantage of being capable of handling more complex geometries than the finite difference method.     

阵列形式及阵元失效对统计最优近场声全息重建结果的影响分析

为探究阵列形式以及阵元失效两种阵列因素对声场重建结果的影响,基于统计最优近场声全息(Statistically Optimal Near-field Acoustical Holography,SONAH)理论,仿真计算了网格阵列、圆形阵列、均布非规则阵列的声场重建结果。得出:网格阵列和均布非规则阵列都能准确识别声源位置,圆形阵列不能用于SONAH声场重建;模拟研究了典型失效模式下阵元失效产生的影响,结果表明:阵元失效后在失效点处会出现伪声源,其大小与失效点和声源距离有关。由此给出并分析了阵元失效的补偿方法,基于该方法对典型失效模式进行了算例仿真并分析计算了重建误差限,结果显示:采用该方法能消除伪声源,较好地识别声源位置。从而验证了该方法的有效性,为实际工程测量提供了指导与借鉴。